煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻技術(shù)的應(yīng)用分析

摘要：能源緊張促使變頻技術(shù)在煤礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中得到重點(diǎn)應(yīng)用?；诖?，本文強(qiáng)調(diào)了變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并從礦井提升機(jī)、礦用絞車(chē)、礦井通風(fēng)機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、空壓機(jī)這幾種常見(jiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備入手，闡述了變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的具體應(yīng)用，以期為煤礦產(chǎn)業(yè)高效、節(jié)能發(fā)展指明方向。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù);煤礦機(jī)電設(shè)備;節(jié)能降耗

引言：煤炭是我國(guó)的主要能源以及重要工業(yè)原料，煤礦產(chǎn)業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其與國(guó)計(jì)民生息息相關(guān)。而隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)、能源節(jié)約的重視程度逐步提升，降低煤礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中的能源消耗量成為必然趨勢(shì)，是推動(dòng)煤礦產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。在這樣的背景下，變頻技術(shù)在煤礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中得到重點(diǎn)應(yīng)用，能夠到達(dá)降低煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行能耗的效果。

一、變頻技術(shù)的概述

變頻技術(shù)是一門(mén)能夠?qū)㈦娦盘?hào)的頻率，按照具體電路的要求進(jìn)行變換的應(yīng)用型技術(shù)[1]?，F(xiàn)階段，常用的變頻技術(shù)主要類(lèi)型主要有：交—直變頻技術(shù)（即整流技術(shù)）;直—直變頻技術(shù)（即斬波技術(shù)）;直—交變頻技術(shù)（電子振蕩，電力逆變）;交—交變頻技術(shù)（即移相技術(shù)）。在變頻技術(shù)的應(yīng)用中，變頻器為核心構(gòu)件，其為將固定頻率的交流電變換成連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置。

變頻技術(shù)的基本原理如下所示：變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過(guò)流/過(guò)壓/過(guò)載保護(hù)等功能。

二、變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

在變頻技術(shù)中，對(duì)高壓大功率晶體管技術(shù)與電子控制技術(shù)進(jìn)行了集成應(yīng)用，實(shí)踐中，能夠改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而促使其運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期發(fā)生變化，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。同時(shí)，變頻器的體積更小，可靠性更強(qiáng)，因此維修成本有所下降。

對(duì)于變頻技術(shù)而言，將其應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)設(shè)備運(yùn)行的優(yōu)化，所以也能夠起到增效節(jié)能的作用。根據(jù)全球著名變頻器生產(chǎn)企業(yè)ABB的測(cè)算，單單該集團(tuán)全球范圍內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)并且安裝的變頻器每年就能夠節(jié)省1150億千瓦時(shí)電力，相應(yīng)減少9，700萬(wàn)噸二氧化碳排放，這已經(jīng)超過(guò)芬蘭一年的二氧化碳排放量[2]?？傮w來(lái)說(shuō)，變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中有著極高的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

三、變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的具體應(yīng)用探究

（一）在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

在礦井生產(chǎn)活動(dòng)中，礦井提升機(jī)主要承擔(dān)著運(yùn)輸人員與物資的作用，實(shí)際運(yùn)行中，需要不停的進(jìn)行啟動(dòng)與停止操作，也需要結(jié)合實(shí)際情況展開(kāi)多次調(diào)速。在以往的調(diào)速操作中，一般依托檔位切換完成礦井提升機(jī)的運(yùn)行（提升與下降）速度調(diào)整。此時(shí)，檔位與提升機(jī)中轉(zhuǎn)子上串電阻相連接，促使電路電阻發(fā)生變化，以此改變提升機(jī)運(yùn)行速度。但是該方法存在著明顯缺陷，即在電阻發(fā)生變化時(shí)會(huì)消耗大量電能，出現(xiàn)嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。同時(shí)，電阻也會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于發(fā)熱狀態(tài)，容易發(fā)生損壞。而通過(guò)應(yīng)用變頻技術(shù)就能夠避免上述缺陷的發(fā)生。在變頻技術(shù)的支持下，礦井提升機(jī)的調(diào)速模式變更為非機(jī)械開(kāi)關(guān)模式，且可以使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成對(duì)速度變換的精準(zhǔn)控制，不僅延長(zhǎng)了礦井提升機(jī)的使用年限，避免了安全事故的發(fā)生，降低了能源消耗，還促使對(duì)礦井提升機(jī)的遠(yuǎn)程控制成為現(xiàn)實(shí)。

（二）在礦用絞車(chē)中的應(yīng)用

在現(xiàn)階段的煤礦生產(chǎn)中，常用的礦用絞車(chē)形式有三種，即電動(dòng)式絞車(chē)、風(fēng)動(dòng)式絞車(chē)以及液壓式絞車(chē)。受到文章篇幅的限制，本文主要選取電動(dòng)式絞車(chē)展開(kāi)說(shuō)明。在傳統(tǒng)的電動(dòng)式絞車(chē)中，普遍使用接觸器控制速度，并應(yīng)用交流繞線(xiàn)式的電機(jī)串聯(lián)電阻調(diào)節(jié)系統(tǒng)。運(yùn)行中，一旦該電動(dòng)式絞車(chē)的運(yùn)行環(huán)境條件發(fā)生改變，則整個(gè)系統(tǒng)很容易進(jìn)入崩潰狀態(tài)，最終引發(fā)設(shè)備故障。同時(shí)，這種傳統(tǒng)的管控方式精度較低，綜合性能不高。而通過(guò)在電動(dòng)式絞車(chē)中應(yīng)用變頻技術(shù)就能夠緩解上述問(wèn)題的發(fā)生，促使絞車(chē)系統(tǒng)的過(guò)載能力進(jìn)一步增強(qiáng)，更好滿(mǎn)足多工況條件下絞車(chē)運(yùn)行需求以及礦井生產(chǎn)需要。相比于傳統(tǒng)控制模式來(lái)說(shuō)，由于引入壓力波動(dòng)，因此基于變頻技術(shù)的控制模式更為精準(zhǔn)，綜合性能更強(qiáng)，可以更好的完成輸出功率、頻率的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。

（三）在礦井通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

對(duì)于礦井通風(fēng)系統(tǒng)而言，其普遍能夠在存在較大通風(fēng)阻力的情況下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行。但是，在實(shí)際的礦井生產(chǎn)中，需要引入的通風(fēng)設(shè)備數(shù)量較多，因此存在大量的電能消耗，且管理難度、工作量、繁瑣程度明顯增加。傳統(tǒng)的礦井通風(fēng)機(jī)一般依托變化葉片安裝角實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)，需要的時(shí)間較長(zhǎng)且便捷程度不高。在特殊情況下，甚至?xí)l(fā)生通風(fēng)機(jī)突然停止運(yùn)行的故障，而此時(shí)一旦開(kāi)啟通風(fēng)機(jī)，電網(wǎng)中會(huì)瞬間涌入大量電流，威脅其他煤礦機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行。通過(guò)在礦井通風(fēng)機(jī)中引入變頻技術(shù)就能夠避免上述問(wèn)題的發(fā)生。在變頻技術(shù)的支持下，原有的依托變化葉片安裝角調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)的模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐劳须妷侯l率變化調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行，避免了電壓對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生影響，提升通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性，并延長(zhǎng)其使用年限，也促使降低電能消耗成為現(xiàn)實(shí)，維護(hù)礦井生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

（四）在皮帶運(yùn)輸機(jī)中的應(yīng)用

皮帶運(yùn)輸機(jī)在礦井生產(chǎn)中承擔(dān)著將煤炭運(yùn)輸至地面的任務(wù)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且運(yùn)輸能力強(qiáng)，因此得到廣泛應(yīng)用。在傳統(tǒng)的皮帶運(yùn)輸機(jī)中，主要使用單片機(jī)控制器對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行控制，雖然能夠起到一定的保護(hù)作用，但是在開(kāi)機(jī)過(guò)程中由于通過(guò)較大電流，所以會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)熱問(wèn)題，不利于皮帶運(yùn)輸機(jī)的正常運(yùn)行。而通過(guò)在皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行中應(yīng)用變頻技術(shù)就能夠避免上述問(wèn)題的發(fā)生。在變頻技術(shù)的支持下，當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)，變頻器會(huì)將頻率控制在較低水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的保護(hù)，降低由于沖擊電流過(guò)大而引發(fā)設(shè)備老化的問(wèn)題發(fā)生概率，維護(hù)皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行安全可靠性。

（五）在空壓機(jī)中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的空壓機(jī)中，普遍應(yīng)用轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)、直接啟動(dòng)的形式，引起較大的初始電流，威脅著電網(wǎng)與空壓機(jī)設(shè)備的安全水平，且產(chǎn)生的能耗較高。同時(shí)，一般使用開(kāi)環(huán)控制的方式，啟動(dòng)設(shè)備與電動(dòng)機(jī)的操作頻繁，難以實(shí)現(xiàn)恒壓供風(fēng)，增大空壓機(jī)的運(yùn)行能耗。通過(guò)應(yīng)用變頻技術(shù)，可以為空壓機(jī)提供開(kāi)環(huán)手動(dòng)調(diào)節(jié)、壓力閉環(huán)控制這兩種控制模式，促使結(jié)合差值自動(dòng)調(diào)節(jié)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速成為現(xiàn)實(shí)，達(dá)到降低空壓機(jī)運(yùn)行能耗的效果。另外，變頻技術(shù)還可以對(duì)空壓機(jī)的工作頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在壓力、溫度等運(yùn)行參數(shù)超出限定值時(shí)，能夠控制空壓機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行。

總結(jié)：綜上所述，變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中有著極高的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。通過(guò)在礦井提升機(jī)、礦用絞車(chē)、礦井通風(fēng)機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、空壓機(jī)中應(yīng)用變頻技術(shù)，能夠達(dá)到降低煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行能耗的效果，實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性的提升，推動(dòng)了礦井生產(chǎn)的技術(shù)升級(jí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙志紅.煤礦機(jī)電設(shè)備存在的問(wèn)題及變頻技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2020，40（09）：41-42.

[2]吳仲?gòu)?qiáng)，裴德勝，孔令龍.關(guān)于煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻技術(shù)的應(yīng)用分析[J].科技傳播，2016，8（11）：206-207.

作者簡(jiǎn)介：

畢方（1988.07—），男，布依族，貴州羅甸人，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：煤礦機(jī)電設(shè)備。